DE1136308B - Verfahren zum Herstellen von Kristallstaeben aus hochreinen halbleitenden Stoffen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen von Kristallstäben aus hochreinen halbleitenden Stoffen Es ist möglich, reites Halbleitermaterial, z. B. Silicium oder Germanm, herzustellen, indem man auf eine gasförmige Voindung des Halbleiters eine elektrische Gasentladur einwirken läßt und die Entladung so einstellt, dalsich der Halbleiter an einer der Elektroden der Gasttladung niederschlägt. Wählt man die Einstelluna dezwischen den Spitzen zweier stabförmiger Elektrode 7 vorhandenen Gasentladung so, daß die Temperatunn der zur Abscheidung dienenden Elektrode den hmelzpunkt des Halbleiters gering C gfügig überschreite so ist es dann möglich, das Halbleitermaterial in Fon eines flüssigen, an der Abscheidungselektrode hatuden Tropfens zu erhalten und aus dem Tropfen unr allmählicher Bildung eines Kristallstabes zur Ankriallisation an die feste Elektrode zu bringen. Die lektroden der Gasentladung werden dabei zur Erzieng der erforderlichen Ab- kühlung auseinandergezgen, und zwar so, daß keine Unterbrechung der Gasitladung und der Abscheidung des Halbleitermatüals erfolgt. Zur Erleichterung der Abscheidung vrd dem Reaktionsgas Wasserstoff beigemischt. Das kuseinanderziehen der Elektroden ist zweckmäßigereise so vorzunehmen, daß der effektive Abstand de1eiden Elektroden und damit die Gasentladung m#lichst konstant bleibt. Das Verfahren kann mit Gleih- oder Wechselstrom betrieben werden, wobei in Falle des Wechselstromes beide Elektroden der Gasntladung als Abscheidungselektroden dienen. Die umrünglichen Elektroden bestehen zweckmäßig an ihür Spitze aus dem darzustellenden Halbleiter.
• Bei der praktischen Aisübung dieses Verfahrens hat sich ergeben, daß Halbleiterstäbe bis etwa 10 bis 12 mm Durchmesser anfaren, weil die Größe des von einer Elektrode frei getragtnen Schmelztropfens nicht beliebig groß sein kann. Es besteht jedoch das Bedürfnis, noch dickere Stäbe herzustellen, um möglichst viele Kristalle aus einem nach dem genannten Verfahren hergestellten Stab zur Weiterverarbeitung in Gleichrichtern, Transistoren od. dgl. herausschneiden zu können.
• An Stelle des beschriebenen, mittels einer elektrischen Gasentladung durchgeführten Abscheideverfahrens ist es auch möglich, durch lokales Aufschmelzen eines Trägerkristalls an einem seiner Enden einen Schmelztropfen zu erzeugen, welchen man durch Einbringen von neuem Halbleitermaterial vergrößert und der Vergrößerung gleichzeitig dadurch entgegenarbeitet, indem man den Träger allmählich aus der den Tropfen erzeugenden Heizzone zurückzieht. So kann z. B. das Halbleiterinaterial durch rein thennische Zersetzung mittels irgendeiner Wärmequelle, z. B. durch Hochfrequenzerhitzung, aus der Gasphase abgeschieden und tiegellos in einem Schmelztropfen auf einem Träger gleichen Materials eingelagert werden. Statt der Zufuhr des Halbleiters aus der Gasphase ist glieh, dem Tropfen Pulver aus halbleitenes auch mög dem Material zuzuführen. Für dieses Verfahren ist die Stärke der erhaltenen Stäbe aus dem gleichen Grund wie bei dem eingangs geschilderten Verfahren stark beschränkt.
• Es wurde gefunden, daß Stäbe mit etwas größerem Durchmesser beim Herstellen von Kristallstäben aus hochreinem halbleitendem Stoff durch Zuführen der gas- oder pulverförinigen Stoffe auf einen schmelzflüssigen Tropfen aus dem gleichen Stoff, der auf einem bewegbaren Träger aus dem gleichen Stoff haftet, wobei der Träger nach Maßgabe des darauf niedergeschlagenen Stoffes aus der Heizzone gezogen wird, anfallen, wenn erfindungsgemäß der auf dem Träger liegende Schmelztropfen derart periodisch überhitzt wird, daß der hierdurch vergrößerte Tropfen wulstartig über seine Unterlage hinausragt, wobei die überhitzungsperioden so kurzzeitig zu bemessen sind, daß die Größe des Tropfens, die durch die Oberflächenspannung des Stoffes bedingte Stabilitätsgrenze nicht überschreitet.
• In den überhitzungsperioden tritt jedesmal eine Vergrößerung des Tropfens ein, dessen dem Träger benachbarte Zone nach Aufhören der Überhitzung unmittelbar wieder erstarrt und dabei seine größere Ausdehnung beibehält. Führt man die überhitzung periodisch durch, so ergibt sich ein Kristallstab mit größerem Durchmesser. Die Überhitzungen kann man so weit treiben, wie es die Oberflächenspannung des gewonnenen Materials, z. B. des Siliciums, zuläßt. Es ist gelungen, auf diese Weise Stabdicken von etwa 20 mm Durchmesser zu erzielen.
• Gemäß einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird der Tropfen durch periodische kurzzeitige Erhöhung der Leistung einer den Tropfen beheizenden elektrischen Gasentladung beispielsweise durch eine kurzzeitige Erhöhung der elektrischen Spannung und/oder Stromstärke überhitzt. Besonders vorteilhaft hat sich eine Anordnung erwiesen, bei welcher mit Gleichstrom gearbeitet wird.
• An Hand der Zeichnung wird das beanspruchte Verfahren näher erläutert.
• In Fig. 1 ist ein als Gasentladungselektrode, insbesondere Kathode dienender Siliciumstab 1 mit einem Schmelztropfen 2 in drei verschiedenen Erhitzungsstadien a, b, c dargestellt. Der Schmelztropfen 2 hat normalerweise die Gestalt, wie sie im Stadium a dargestellt Cr ist. Durch eine kurzzeitige Erhöhung der elek trischen Spannung oder der Stromstärke wird der Tropfen 2 vergrößert; Stadium b. Nach der kurzzeitigen Überhitzung erstarrt der untere Teil des Tropfens zu einem Wulst gemäß Stadium c. In Fig. 2 ist die Elektrodenspannung bzw. Stromstärke der Gasentladung E (I) gegen die Zeit t aufgetragen. Die Strom-bzw. Spannungsstöße bewirken die überhitzung.
• Als Betriebsbedingungen zur Gewinnung von Silicium aus Sfliciumchloroforrn haben sich beispielsweise 500 mA und 800 V erwiesen. Dauer und Stärke der Spannungsstöße sind empirisch zu ermitteln und hängen von der gewünschten Stabdicke ab. Die Impulse können sowohl zeitlich als auch energetisch a ' matisch geregelt werdeiEs sind beispielsweise uL0 Erhöhungen der Spannung Woder Stromstärke um 20 bis 6Ö O/o, etwa von 80C auf 1000 V bzw. von 500 mA auf 700 mA, vorgei nmen worden.

Claims (2)

1. PATENTAN9OCHE: 1. Verfahren zum erstellen von Kristallstäben, aus hochreinen hl)leitenden Stoffen durch Zuführen der gas- oder iverförmigen Stoffe auf einen schmelzflüssigen 3pfen aus dem gleichen Stoff, der auf einem begbaren Träger aus dem gleichen Stoff haftet, woli der Träger nach Maßgabe des darauf niederschlagenen Stoffes aus der Heizzone gezogen wl, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem 'äcrer liegende Schmelztropfen derart periodiscüberhitzt wird, daß der hierdurch vergrößerte ropfen wulstartig über seine Unterlage hinauagt, wobei die überhitzungsperioden so kureitig zu bemessen sind, daß die Größe des. Tropns die durch die Oberflächenspannung des Siffes bedingte Stabilitätsgrenze nicht überschreit.
2. 2. Verfahren nach nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der 'opfen durch periodische kurzzeitige Erhöhung er Leistung einer den Tropfen beheizenden ektrischen Gasentladung, beispielsweise durch #rzzeitige Erhöhung der elektrischen Spannung und/oder Stromstärke überhitzt wird. In Betracht gezoge-- Druckschriften: Belgische Patentschrift Ir. 525 102.